光伏储能系统关键设备之蓄电池组

时间：2021-12-03

在光伏储能系统中，蓄电池的作用是把电能储存起来，由于单个电池容量有限，通常系统把多个蓄电池通过串并的方式组合起来，以便达到设计的电压等级和容量要求，所以又称蓄电池组。在光伏储能系统中，蓄电池组和光伏组件的初始成本相当，但蓄电组的寿命更低，蓄电池的技术参数对系统设计非常重要，选型设计时要注意蓄电池的关键参数，如电池容量、额定电压、充放电电流、放电深度，循环次数等等。

电池容量

电池的容量由电池内活性物质的数量决定，通常用安时Ah或者毫安时mAh来表示。例如标称容量250Ah（10hr，1.80V/单体，25℃），指在25℃时，10小时以25A的电流放电，使单个电池电压降到1.80V所放出容量。

电池的能量是指在一定放电制度下，蓄电池所能给出的电能，通常用瓦时（Wh）表示。电池的能量分为理论能量和实际能量：如一个12V250Ah的蓄电池，理论能量就是12*250=3000Wh，也就是3度电，表示蓄电池可以保存的电量，如果放电深度是70%，实际能量就是3000*70%=2100 Wh，也就是2.1度电，这是可以利用的电量。

额定电压

电池正负极之间的电势差称为电池的额定电压。常见的铅酸蓄电池额定电压是2V、6V、12V三种，单体的铅酸蓄电池是2V，12V的蓄电池是由6个单体的电池串联而成的。

蓄电池的实际电压并不是一个恒定的值，空载时电压高，有负载时电压会降低，当突然有大电流放电时，电压也会突然下降，蓄电池电压和剩余电量之间存在近似线性关系，只有在空载的情况下，才存在这种简单关联。当施加负载时，电池电压就会因为电池内部阻抗所引起的压降而产生失真。

较大充放电电流

蓄电池是双向的，有两个状态，充电和放电，这个电流都是有限制的，不同的蓄电池，较大充放电电流不一样，电池充电电流一般以电池容量C的倍数来表示，举例来讲，如果电池容量C=100Ah，充电电流为0.15C则为0.15×100=15A。

放电深度与循环寿命

在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比称为放电深度。放电深度的高低电池寿命有很深的关系，放电深度越深，其充电寿命就越短。

蓄电池经历一次充电和放电，称为一次循环（一个周期）。在一定放电条件下，电池工作至某一容量规定值之前，电池所能承受的循环次数，称为循环寿命。

蓄电池放电深度在10%～30%上下为浅循环放电；放电深度在40%～70%上下为中等循环放电；放电深度在80%～90%上下的为深循环放电。蓄电池长期运行的每日放电深度越深，蓄电池寿命越短，放电深度越浅，蓄电池寿命越长。

目前光伏储能系统通常的蓄电池都是电化学储能，它是利用化学元素做储能介质，充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变化。主要包括铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池等，目前应用以锂电池和铅蓄电池为主。

01铅酸电池

铅酸电池（VRLA），是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。应用在光伏储能系统中，比较多的有三种，富液型铅酸蓄电池（FLA，flooded lead-acid），阀控式密封铅酸蓄电池VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery)，包括AGM密封铅蓄电池和GEL胶体密封铅蓄电池两种，铅炭电池，是一种电容型铅酸电池，是从传统的铅酸电池演进出来的技术，它是在铅酸电池的负极中加入了活性碳，成本提高不多，但能够显著提高铅酸电池的充放电电流和循环寿命。具有功率密度较大，循环寿命长和价格较低等特点。

02锂离子电池

锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四个部分组成，根据使用材料不同分为钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元锂等五种，磷酸铁锂电池和三元锂电池跻身主流市场。

三元锂和磷酸铁锂两种电池并没有**好坏，而是各有千秋，其中三元锂电池优势在于储能密度和抗低温两个方面，比较适合做动力电池；磷酸铁锂三个方面的优势，其一是安全性高，其二是循环寿命更长，其三则是制造成本更低，因为磷酸铁锂电池没有贵重金属，因而生产成本较低，比较适合做储能电池。

03钠硫电池

钠硫电池是由熔融电极和固体电解质组成，负极的活性物质为熔融金属钠，正极活性物质为液态硫和多硫化钠熔盐。具有体积小、容量大、寿命长、效率高等优点。在电力储能中广泛应用于削峰填谷、应急电源、风力发电等储能方面。

钠硫电池能量密度高达760Wh/kg左右，转换效率接近**，电池循环次数高达2500次以上。然而不足是成本高昂，达2000美元/kWh左右;对工作环境要求苛刻，300℃方能启动，如果发生短路故障，温度会高达2000℃左右，因此对技术有着较高的要求，钠硫储能电池国外应用较多，国内未能大规模推广。

04液流电池

液流电池一般称为氧化还原液流电池，是一种新型的大型电化学储能装置，正负极全使用钒盐溶液的称为全钒液流电池，简称钒电池。全钒液流电池是一种新型蓄电储能设备，不仅可以用作太阳能、风能发电过程配套的储能装置，还可以用于电网调峰，提高电网稳定性，**电网安全。

与其他储能电池相比，液流电池具有设计灵活、充放电应答速度快，性能好、电池使用寿命长，电解质溶液容易再生循环使用、选址自由度大、安全性高、对环境友好、能量效率高、启动速度快等优点。

储能蓄电池技术路线众多，产品性能、寿命、价格也大不相同，产品没有好坏之分，在设计电站时，要根据投资者的要求去选型。小型光伏离网电站，投资有限，可以考虑选用铅酸胶体蓄电池；中小型光伏离网电站，投资有限，但又希望寿命长，可以考虑选用铅炭蓄电池；中大型光伏储能电站，有足够的预算，对**要求高，可以考虑选用磷酸铁锂、钠硫电池、液流电池等。

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